JP3971171B2 - Copper sputter target processing method - Google Patents

Copper sputter target processing method Download PDF

Info

Publication number
JP3971171B2
JP3971171B2 JP2001368362A JP2001368362A JP3971171B2 JP 3971171 B2 JP3971171 B2 JP 3971171B2 JP 2001368362 A JP2001368362 A JP 2001368362A JP 2001368362 A JP2001368362 A JP 2001368362A JP 3971171 B2 JP3971171 B2 JP 3971171B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
target
copper
percent
temperature
particles
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2001368362A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2002220659A (en
Inventor
ホルガー・ケニグズマン
アルフレッド・スノウマン
シャイレッシュ・クルカルニ
Original Assignee
プラクスエアー エス ティー テクノロジー インコーポレーテッド
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US09/730,349 external-priority patent/US6478902B2/en
Application filed by プラクスエアー エス ティー テクノロジー インコーポレーテッド filed Critical プラクスエアー エス ティー テクノロジー インコーポレーテッド
Publication of JP2002220659A publication Critical patent/JP2002220659A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3971171B2 publication Critical patent/JP3971171B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スパッターリングプロセスにおいて粒子発生を減少させかつ半導体デバイス及び回路の製造において使用される半導体ウェーハのような、基材上でのフィルム均一性を高めるの両方のために、高純度の銅スパッターターゲットを加工する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
スパッターリングとは、加工チャンバー内に装備した半導体ウェーハ又はその他の基材を被覆することを伴うプロセスを言う。このチャンバーは、電場によってイオン化された不活性ガス及びウェーハに空間的に向かい合わせにされたスパッターターゲットを収容する。スパッターターゲットは、ウェーハへの電気的バイアスを収容する。ガスからのイオンがターゲットに衝撃を与え、ターゲットから原子を追い出してターゲット物質をウェーハに付着させる。
【0003】
半導体産業において使用されるスパッターターゲット、一層特に薄いフィルムを複雑な集積回路に物理蒸着(PVD)させる際に使用されるスパッターターゲットの製造では、1)フィルム均一性;2)高い蒸着速度;3)スパッターする間の最少の粒子発生;及び4)トランジスターを接続するための良好な導電率を備えることになるスパッターターゲットを製造するのが望ましい。例えば、アルミニウム及びアルミニウム合金スパッターターゲットをスパッターすると、相互接続の目的で集積回路上に薄い導電性フィルムを蒸着させる。しかし、銅は、相互接続技術においてアルミニウムの代替品になる可能性を有する。銅は、高い導電性とアルミニウムに比べてエレクトロマイグレーションへの一層大きな抵抗の両方を有する。銅相互接続フィルムを使用することのその他の可能性のある利点は、電力損及び相互接続シグナルディレイの両方を低減させることを含む。
【0004】
粒度が大きくなりかつ粒度の均一性が低くなるにつれて、ターゲット性能が低下する。その上に、スパッターターゲットの結晶学的な配向及びターゲットから排出される物質の分布が、フィルム均一性及びスパッター蒸着速度に影響を与えることは知られている。また、ターゲットからの原子のスパッターリングがターゲット物質の密集した方向に沿って優先的に行われかつランダムに近い粒子配向がスパッターされたフィルムの一層良好な均一性をもたらすことも知られている。
【0005】
アルミニウム又は銅ターゲットを製造する従来のプロセスは、(200)か又は(220)のいずれかの配向された結晶構造をもたらす。しかし、強い(200)又は(220)結晶配向を有するターゲットは、均一性不良のフィルムを生じる。これより、ランダムな又は弱い配向を有するターゲットを有するのが望ましい。
【0006】
銅スパッターターゲットは、粒度を制御するために、サイズが10μmまでの第二相合金沈殿を含有し得る。しかし、大きな第二相沈殿の不良な導電率は、スパッターする間に局部アーク放電を発生し、不利な高い密度又は大きな粒子を蒸着させ得る。その上に、粒度を制御するのに第二相を使用すると、純度99.99パーセント又はそれ以上を有する銅ターゲットに有効な制御を与えない。
【0007】
慣用のターゲットカソードアセンブリーでは、単一の結合面は、ターゲットを非磁性支持板、典型的にはアルミニウム又は銅支持板に取り付ける。これは、アセンブリー中で、スパッターターゲットと支持板との間の平行な界面を形成する。支持板は、ターゲットをスパッターリングチャンバー内に保持するための手段となりかつターゲットに構造上の安定性を与える。また、支持板を水冷却して、ターゲットのイオン衝撃によって発生される熱を除く。ターゲットと支持板とを、はんだ付け、ろう付け、拡散結合、締付け、スクリュー締結又はエポキシ接着のような技術によって取り付けると、ターゲットと支持板との間の良好な熱的及び電気的接触を達成する。遺憾ながら、はんだ接着は、スパッターリング作業中剥離を受けやすい。その上に、「軟質の」はんだに付随する比較的低い接着温度は、スパッターするためのターゲットの温度範囲を下げる。これより、はんだ接着されたアセンブリーは、消費者にとって一層高くつきかつ時間が掛かる、と言うのは、ターゲットを、ターゲットと支持板とを分離させないようにするために、一層低い電力レベルで使用しなければならないからである。これは、スパッターリング速度の低下を生じる。
【0008】
拡散結合、特に前処理された荒い表面との拡散結合は、一層強い結合をもたらす。しかし、拡散結合のための準備は、時間が掛かる。一層重要なことは、拡散結合において伴われる高い温度が、予備結合加工する間に得られるミクロ構造を変えることである。従って、たとえターゲット製造工程の間に、微細な粒度及びランダムな配向を達成することができるとしても、それらは、現行の拡散結合技術によって失われる。拡散結合は、純銅ターゲットについて、粒度を倍近くにする作用を有する。これより、剥離並びにミクロ構造的及び冶金学的特性の変化は、従来の拡散結合技術の有意の不利であり、スパッターターゲットにおいて小さい均一な粒子が望ましい銅ターゲットアセンブリーについてそれらを望ましくないものにする。
【0009】
支持板を用いないでモノリシックスパッターターゲットを使用することの代案もまた、サイズの一層大きなケイ素ウェーハがスパッターするためにターゲット直径の増大が継続して要求されていること及びターゲット材料の純度増大させる要求があり、これらは共に、モノリシックターゲットについてコストの増大を生じることに鑑みて、実施し難くなる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
このように、微細な等軸の均一な粒子構造及びランダムな結晶学的構造を非磁性支持板に強く結合させた純銅ターゲットアセンブリーを加工する方法を提供したい要求が存在する。
【0011】
【課題を解決するための手段】
発明の概要
その方法は、純銅スパッターターゲットを加工するのに使用する。その方法は、初めに銅ビレットを加熱して温度少なくとも約500℃にすることを含む。銅ビレットは、純度少なくとも99.99パーセントを有する。次いで、銅ビレットを熱間加工して少なくとも約40パーセントの歪みをかける。次いで、熱間加工された銅ビレットを冷間圧延して少なくとも約40パーセントの歪みを加えかつ銅板を形成する。最終的に、銅板を約250℃を超える温度でアニールしてターゲットブランクを形成する。ターゲットブランクは、平均粒度が約40μmよりも小さい等軸の粒子を有する。ターゲットブランクの結晶学的構造は、(111)、(200)、(220)及び(311)配向の粒子を含有し、配向の各々を有するターゲットブランクの粒子の量は約50パーセントよりも少ない。
【0012】
【発明の実施の形態】
発明の具体的な説明
加熱、熱間加工、冷間加工及びアニーリングの工程を含むプロセスによって高純度の銅を加工すると、ランダムな配向の微細、均一な粒子を有するスパッターターゲットを生成する。このプロセスは、これらの工程を高純度の銅インゴット、ビレット、板又は続く加工作業に適したその他の任意の形態に適用する。高純度の銅は、純度少なくとも99.99パーセントを有する。銅は、純度少なくとも99.999パーセントを有するのが有利である。銅は、不純物含有粒子の発生を制限するために、純度少なくとも99.9999パーセントを有するのが最も有利である。このスパッターターゲットを支持板に爆発結合させて、粒子のサイズ又は配向を変えないで支持板を生じさせるのが最も有利である。
【0013】
初めに、高純度の銅を加熱して約500℃を超える温度にして、銅を熱間加工するための準備をする。この工程は、均一な加熱を確実にするために銅を少なくとも30分間予備加熱する。その上に、高純度の銅ビレットは、断面が厚い程、要する予備加熱が長くなる。高純度の銅を温度約500°〜750℃の範囲に約1〜6時間の期間加熱して、ビレットを熱間加工するための準備をするのが有利である。高純度の銅を温度約600°〜700℃の範囲に約1〜6時間の期間加熱して、アニールした後の最終の粒度を向上させる。銅ビレットを加熱して温度約625°〜675℃にすると、最も有利な結果を生じる。物質を予備加熱する雰囲気は、臨界的なものではない。その物質は、周囲条件下で加熱しても、又は酸化を最少にするように保護雰囲気中で加熱してもよい。
【0014】
高純度の銅物質を、次いで温度少なくとも約500℃で少なくとも40パーセントの歪みを加えることによって熱間加工して残留する大きな粒子を破壊する。この仕様のために、熱間加工は、エネルギーを銅に、過度のクラッキング又は過度の粒子成長無しで付与する歪みを加える温度を規定する−これらの条件下で、部分再結晶又は完全に近い再結晶が起き得る。有利には、ホットプレス(熱圧)、熱間鍛造、熱間圧延、等チャネル角の押出し又はその他の任意の適した金属加工作業による等で約40〜80パーセント歪みで熱間加工すると、最良の結果を生じる。熱間加工は、歪みが40パーセントよりも小さい場合には、続く冷間加工工程に十分に粒子を破壊しないかもしれず、歪みが80パーセントを超える場合には、制御されない粒子成長を生じることになる。熱間加工は、約50〜70パーセントの歪みを高純度の銅に付与する。本明細書中で用いる通りの加工の量は、厚さ低減と出発厚さとの間の比に100パーセントを乗じるか又は物質に加える剪断歪みの量のいずれかと規定する。熱間加工は、中間アニーリング工程を用いて行っても又は中間アニーリング工程を用いないで行ってもよい。
【0015】
熱間加工は、温度が500℃よりも低いと、クラッキングを生じることになり、温度が750℃を超えると、粒子成長を生じることになる。温度約500°〜750℃が、過度の粒子成長無しで有効な粒度破壊をもたらす。有利には、温度約600°〜700℃で熱間加工すると、広範囲の歪みを銅に付与するのを可能にする。熱間加工は、温度約625°〜675℃で行うのが最も有利である。再び、物質を熱間加工する雰囲気は、臨界的なものではない。熱間加工された物質を、次いで空冷、オーブン冷却、水中での急冷又はその他の任意の媒体中での急冷によって冷却させてほぼ室温にする。
【0016】
熱間加工された物質を、次いで少なくとも40パーセントの歪みで冷間圧延して更に粒子を破壊する。この仕様のために、冷間圧延は、周囲条件の銅により又は250℃よりも低い温度に予備加熱した銅による温度での圧延と定義する。有利には、約40〜80パーセントの歪み、最も有利には、約50〜70パーセントの歪みで冷間圧延すると、更に粒子を破壊して所望の最終厚さのターゲットブランクを形成する。冷間圧延が、銅を約2cmよりも薄い厚さにさせるのが最も有利である。
【0017】
250℃よりも低い温度に予備加熱した銅によって冷間圧延すると、冷間圧延する間の粒子成長を防ぐ。冷間圧延は、200℃よりも低い温度に予備加熱した銅で行うのが有利である。冷間圧延は、周囲条件下で行うのが最も有利である。
【0018】
冷間圧延に、約250℃を超える温度のターゲットブランクによるアニーリングを続けて微細、均一な粒度及びランダムな配向の最終的なミクロ構造を得る。アニーリングは、温度約250°〜400℃で行うのが有利であり、約300°〜375℃で行うのが最も有利である。アニーリング温度が低すぎると、銅を再結晶化しないことになり、温度が高すぎると、制御されない粒子成長を生じることになる。加熱工程による通りに、ターゲットを周囲条件下でアニールしても、又はターゲット物質の酸化を最少にするために保護雰囲気中でアニールしてもよい。
【0019】
有利には、少なくとも30分間アニールすると、十分な再結晶化をもたらす。典型的な商業作業は、約0.5〜12時間のアニールサイクルを使用することになる。アニーリングは、約1〜2時間のアニールサイクルで行うのが最も有利である。
【0020】
このプロセスは、サイズが約40μmよりも小さい粒子を生成する。粒子は、最終サイズ約10〜35μmを有するのが有利である。最終の粒度は、約10〜30μmであるのが最も有利である。
【0021】
アニールした後のターゲットブランクの結晶学的構造は、(111)、(200)、(220)及び(311)配向の粒子を含有する。上記の配向の各々を有するターゲットの粒子の量は約50パーセントよりも少ないのが有利である。上記の配向の各々を有するターゲットの粒子の量は各々の粒子配向の約40パーセントよりも少ないのが最も有利である。例えば、典型的なターゲットの粒子は、上記の粒子配向の各々を約10〜40パーセント有するのが有利であり、上記の粒子配向の各々を約15〜35パーセント有するのが最も有利である。
【0022】
粒子は、アニールした後に、本明細書中粒子の長さ(冷間圧延方向)を幅(冷間圧延方向の横方向)で割った比と定義するアスペクト比が約1.5よりも小さいのが有利であり、約1.3よりも小さいのが最も有利であり、これは、等軸の粒子を示すものである。ターゲット物質に更なる仕事を与えるのを避けるように高い温度にするが、ターゲットブランクの上部及び下部面を、2つの反対の位置の板の間で表面を平らにするが、ターゲットの厚さを有意に低減させる程でない圧力でプレスすることによる等して扁平にしてよい。
【0023】
上記のプロセスは、スパッターする間に良好な均一性及び最少の粒子発生を達成するために望ましいターゲットミクロ構造をもたらすことから、ターゲットアセンブリーを完全にするための更なる製造工程は、ミクロ構造への変化を最少にしなければならない。詳細には、ターゲットを支持板に接着させるための技術及びターゲットを最終寸法に機械加工することは、高い温度又は更なる仕事をターゲット物質に課すことを避けるべきである。
【0024】
これより、本発明のそれ以上の原理に従えば、ターゲットブランクを銅、アルミニウム或はその他の任意の適した金属又は合金の支持板に爆発結合させる。適した金属は、良好な熱伝導率、高い強度及び弾性質を有するもので、それの熱膨張係数が銅に匹敵するものである。爆発結合は、ターゲットの表面を支持板の表面に極めて接近して置き(すなわち、それらの間の隔離スペースを小さくして)かつ表面の内の一方又は両方を互いの方向に加速するために1つ又はそれ以上の管理されたデトネーションを生成することによって達成する。爆発結合法は、Paul S.Gilman等の”Method of Bonding a Sputtering Target to a Baking Plate”なる表題の同時継続米国特許出願第09/349,285号において十分に説明しており、同米国特許出願の全体を本明細書中に援用する。
【0025】
この爆発結合法により、ウェーブ−タイプ形態学の形態の強い原子/金属学的結合が、スパッターターゲットと支持板との間の界面に造られるが、スパッターターゲット又は支持板物質の金属学的性質の変更は、ウェーブ−タイプ結合界面に関して固有の局部変形を除いて生じない。爆発結合プロセスは、高くない温度で行われ、プロセスから発生される熱は、熱が支持板及びターゲット物質に伝導するのに不十分な期間発生される;従って、ターゲット及び支持板金属中に、粒子成長を生成する認め得る温度上昇が存在しない。これより、ターゲットブランクを加工することによって達成される微細な配向された粒子は、爆発結合プロセスによって変更されず、しかも、強い結合が達成される。
【0026】
【実施例】
例1
テストは、長さ3.81cm及び厚さ5.31cmを有する正方形の銅スラブに依拠した。サンプルA〜Dは、比較例を表し、サンプル1〜8は、発明の例を表す。サンプルA〜D及びサンプル1〜8は、純度約99.99パーセントを有し、サンプル9〜11は、純度少なくとも99.999パーセントを有するものであった。
【0027】
【表1】

Figure 0003971171
【0028】
下記の表2は、アニーリング温度が粒度に与える最終作用を例示する。
【0029】
【表2】
Figure 0003971171
【0030】
表1及び表2に掲記するプロセスは、純度99.99及び99.999パーセントの銅において粒度を調節するための有効な手段を提供した。加えて、このプロセスは、等軸の粒子構造を有しかつ(111)、(200)、(220)及び(311)配向の各々が50パーセントよりも少ない銅を生成した。比較サンプルA〜Dは、熱圧がなく、(220)方向で配向される粒子を50パーセントよりも多く含有していた。
【0031】
例2
テストは、また、いくつもの連の純度99.9999パーセントの銅スラブを含むものであった。これらの銅スラブは、粒子を束縛し(pin)かつ粒子成長を防ぐ不純物が無いことにより、一層精密な制御を要する。このテストは、直径15.56cm及び厚さ4.98cmを有する丸い断面のスラブに依拠した。すべてのサンプルを、温度に加熱した炉の中に入れて1時間アニールした。
【0032】
下記の表3及び表4に示す実験は、アニーリング温度が発明のプロセスに与える作用をテストする。
【0033】
【表3】
Figure 0003971171
【0034】
【表4】
Figure 0003971171
【0035】
【表5】
Figure 0003971171
【0036】
表5は、アニーリング温度を約425℃よりも低く保つと、最適な最終粒度をもたらすことを例示する。その上に、そのプロセスは、単一の又は複数の工程で作動する。
【0037】
例3
直径12.70cm及び高さ10.16cmを有する純度99.999パーセントの銅ビレットを周囲条件下で温度650℃に約1時間加熱した。その物質を、次いで周囲条件下で中間アニールしないで60パーセント熱圧した。熱圧された物質を、次いで空気中で冷却し、続いて冷間圧延して60パーセント低減させた。ターゲットブランクを、次いで周囲条件下で温度350℃において約2時間アニールし、2つの反対の位置の板の間で扁平にし、アルミニウム支持板に爆発結合させた。スパッターターゲット/支持板アセンブリーは、平均粒度約25μm及びアスペクト比1.05を有するスパッターターゲットを示し、これは、ターゲット加工する間に得られかつ爆発結合プロセスの間保たれた。観測された結晶学的構造は、(111)、(200)、(220)及び(311)配向の等しい比を示した。
【0038】
本発明を発明の実施態様を記載することによって例示し、かつ実施態様を相当に詳細に記載したが、特許請求の範囲の記載をそのような詳細に限定する又はいずれかでも制限することを意図しない。更なる利点及び変更は、当業者に容易に明らかになるものと思う。従って、発明は、それの一層広い態様では、示しかつ記載する特定の詳細、代表的な装置及び方法並びに具体例に制限しない。よって、出願人の全体的な発明の概念の範囲又は精神から逸脱しないで、そのような詳細から逸脱してよい。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention provides high purity copper for both reducing particle generation in sputtering processes and increasing film uniformity on substrates such as semiconductor wafers used in the manufacture of semiconductor devices and circuits. The present invention relates to a method for processing a sputter target.
[0002]
[Prior art]
Sputtering refers to a process that involves coating a semiconductor wafer or other substrate mounted within a processing chamber. This chamber contains an inert gas ionized by an electric field and a sputter target spatially opposed to the wafer. The sputter target houses the electrical bias to the wafer. Ions from the gas impact the target, expelling atoms from the target and attaching the target material to the wafer.
[0003]
In the production of sputter targets used in the semiconductor industry, especially sputter targets used in the physical vapor deposition (PVD) of thin films on complex integrated circuits, 1) film uniformity; 2) high deposition rate; 3) It is desirable to produce a sputter target that will have minimal particle generation during spattering; and 4) good conductivity for connecting transistors. For example, sputtering aluminum and aluminum alloy sputter targets deposits a thin conductive film on the integrated circuit for interconnect purposes. However, copper has the potential to replace aluminum in interconnect technology. Copper has both high electrical conductivity and a greater resistance to electromigration compared to aluminum. Other possible advantages of using copper interconnect films include reducing both power loss and interconnect signal delay.
[0004]
As particle size increases and particle size uniformity decreases, target performance decreases. Moreover, it is known that the crystallographic orientation of the sputter target and the distribution of the material ejected from the target affect the film uniformity and sputter deposition rate. It is also known that sputtering of atoms from the target is preferentially performed along the dense direction of the target material and near random particle orientation results in better uniformity of the sputtered film.
[0005]
Conventional processes for producing aluminum or copper targets result in an oriented crystal structure of either (200) or (220). However, a target with a strong (200) or (220) crystal orientation results in a film with poor uniformity. Thus, it is desirable to have a target with random or weak orientation.
[0006]
The copper sputter target can contain second phase alloy precipitates up to 10 μm in size to control particle size. However, the poor conductivity of large second phase precipitations can cause local arcing during sputtering and deposit disadvantageous high density or large particles. In addition, using the second phase to control particle size does not give effective control to a copper target having a purity of 99.99 percent or higher.
[0007]
In conventional target cathode assemblies, a single coupling surface attaches the target to a non-magnetic support plate, typically an aluminum or copper support plate. This forms a parallel interface between the sputter target and the support plate in the assembly. The support plate provides a means for holding the target in the sputtering chamber and provides structural stability to the target. Further, the support plate is cooled with water to remove heat generated by ion bombardment of the target. When the target and support plate are attached by techniques such as soldering, brazing, diffusion bonding, clamping, screw fastening or epoxy bonding, good thermal and electrical contact between the target and the support plate is achieved. . Unfortunately, solder bonding is susceptible to delamination during the sputtering process. In addition, the relatively low bonding temperature associated with “soft” solder lowers the temperature range of the target for sputtering. Thus, soldered assemblies are more expensive and time consuming for consumers, because they are used at lower power levels to avoid separating the target and support plate. Because it must be. This causes a reduction in the sputtering rate.
[0008]
Diffusion bonding, particularly with pretreated rough surfaces, results in a stronger bond. However, preparation for diffusion bonding takes time. More importantly, the high temperatures involved in diffusion bonding change the microstructure obtained during prebonding. Thus, even though fine grain size and random orientation can be achieved during the target manufacturing process, they are lost by current diffusion bonding techniques. Diffusion bonding has the effect of doubling the particle size for pure copper targets. Thus, delamination and changes in microstructural and metallurgical properties are a significant disadvantage of conventional diffusion bonding techniques, making them undesirable for copper target assemblies where small uniform particles are desirable in sputter targets. .
[0009]
An alternative to using a monolithic sputter target without a support plate is also the continuing need for an increase in target diameter to sputter larger silicon wafers and a requirement to increase the purity of the target material Both of these are difficult to implement in view of the increased cost for monolithic targets.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
Thus, there is a need to provide a method for processing a pure copper target assembly in which fine equiaxed uniform particle structures and random crystallographic structures are strongly bonded to a non-magnetic support plate.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
Summary of the invention The method is used to fabricate a pure copper sputter target. The method includes first heating the copper billet to a temperature of at least about 500 ° C. The copper billet has a purity of at least 99.99 percent. The copper billet is then hot worked to strain at least about 40 percent. The hot worked copper billet is then cold rolled to add at least about 40 percent strain and form a copper plate. Finally, the copper plate is annealed at a temperature above about 250 ° C. to form a target blank. The target blank has equiaxed particles with an average particle size of less than about 40 μm. The crystallographic structure of the target blank contains (111), (200), (220), and (311) oriented particles, and the amount of target blank particles having each of the orientations is less than about 50 percent.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Processing high purity copper by a process that includes heating, hot working, cold working and annealing steps produces sputter targets with randomly oriented fine, uniform particles. To do. This process applies these steps to high purity copper ingots, billets, plates or any other form suitable for subsequent processing operations. High purity copper has a purity of at least 99.99 percent. Advantageously, the copper has a purity of at least 99.999 percent. Most advantageously, the copper has a purity of at least 99.9999 percent to limit the generation of impurity-containing particles. Most advantageously, the sputter target is explosively bonded to the support plate to produce the support plate without changing the size or orientation of the particles.
[0013]
First, high purity copper is heated to a temperature above about 500 ° C. to prepare for hot working the copper. This step preheats the copper for at least 30 minutes to ensure uniform heating. In addition, the thicker the cross-section of the high-purity copper billet, the longer the required preheating. Advantageously, high purity copper is heated to a temperature in the range of about 500 ° C. to 750 ° C. for a period of about 1 to 6 hours to prepare the billet for hot working. High purity copper is heated to a temperature in the range of about 600 ° C. to 700 ° C. for a period of about 1 to 6 hours to improve the final grain size after annealing. Heating the copper billet to a temperature of about 625 ° -675 ° C. produces the most advantageous results. The atmosphere in which the material is preheated is not critical. The material may be heated under ambient conditions or in a protective atmosphere to minimize oxidation.
[0014]
The high purity copper material is then hot worked by applying at least 40 percent strain at a temperature of at least about 500 ° C. to break up the remaining large particles. Because of this specification, hot working defines a temperature that applies strain to impart energy to copper without excessive cracking or excessive grain growth-under these conditions, partial recrystallization or near-complete recrystallization. Crystals can occur. Advantageously, hot working at about 40-80 percent strain, such as by hot pressing, hot forging, hot rolling, equal channel angle extrusion or any other suitable metal working operation, is best. Results in. Hot working may not break the particles well for subsequent cold working steps if the strain is less than 40 percent, and will result in uncontrolled particle growth if the strain exceeds 80 percent. . Hot working imparts about 50-70 percent strain to high purity copper. The amount of processing as used herein is defined as either the ratio between thickness reduction and starting thickness multiplied by 100 percent or the amount of shear strain applied to the material. Hot working may be performed using an intermediate annealing step or without an intermediate annealing step.
[0015]
Hot working will result in cracking if the temperature is below 500 ° C and grain growth if the temperature exceeds 750 ° C. A temperature of about 500 ° -750 ° C. provides effective particle size destruction without undue particle growth. Advantageously, hot working at a temperature of about 600 ° to 700 ° C. allows a wide range of strain to be imparted to the copper. Hot working is most advantageously performed at a temperature of about 625 ° to 675 ° C. Again, the atmosphere in which the material is hot worked is not critical. The hot-processed material is then cooled to about room temperature by air cooling, oven cooling, quenching in water, or quenching in any other medium.
[0016]
The hot worked material is then cold rolled with a strain of at least 40 percent to further break the particles. For this specification, cold rolling is defined as rolling at a temperature with copper at ambient conditions or with copper preheated to a temperature below 250 ° C. Advantageously, cold rolling at about 40-80 percent strain, most preferably about 50-70 percent strain, further breaks the particles to form a target blank of the desired final thickness. Most advantageously, cold rolling causes the copper to have a thickness of less than about 2 cm.
[0017]
Cold rolling with copper preheated to a temperature below 250 ° C. prevents grain growth during cold rolling. Cold rolling is advantageously performed with copper preheated to a temperature below 200 ° C. Cold rolling is most advantageously performed under ambient conditions.
[0018]
Cold rolling is followed by annealing with a target blank at a temperature above about 250 ° C. to obtain a final microstructure of fine, uniform grain size and random orientation. Annealing is preferably performed at a temperature of about 250 ° to 400 ° C, and most preferably at about 300 ° to 375 ° C. If the annealing temperature is too low, the copper will not be recrystallized, and if the temperature is too high, uncontrolled grain growth will occur. As with the heating step, the target may be annealed under ambient conditions or in a protective atmosphere to minimize oxidation of the target material.
[0019]
Advantageously, annealing for at least 30 minutes results in sufficient recrystallization. A typical commercial operation would use an annealing cycle of about 0.5-12 hours. Annealing is most advantageously performed with an annealing cycle of about 1-2 hours.
[0020]
This process produces particles that are smaller than about 40 μm in size. The particles advantageously have a final size of about 10 to 35 μm. Most advantageously, the final particle size is about 10-30 μm.
[0021]
The crystallographic structure of the target blank after annealing contains (111), (200), (220) and (311) oriented particles. The amount of target particles having each of the above orientations is advantageously less than about 50 percent. Most advantageously, the amount of target particles having each of the above orientations is less than about 40 percent of each particle orientation. For example, typical target particles advantageously have about 10 to 40 percent of each of the above particle orientations, and most advantageously about 15 to 35 percent of each of the above particle orientations.
[0022]
After the particles are annealed, the aspect ratio defined herein as the ratio of particle length (cold rolling direction) divided by width (cold rolling transverse direction) is less than about 1.5. And most advantageously less than about 1.3, indicating equiaxed particles. The temperature is raised to avoid further work on the target material, but the top and bottom surfaces of the target blank are flattened between two oppositely positioned plates, but the target thickness is significantly increased. It may be flattened, for example, by pressing at a pressure that does not reduce the pressure.
[0023]
Since the above process results in the desired target microstructure to achieve good uniformity and minimal particle generation during sputtering, further manufacturing steps to complete the target assembly are directed to the microstructure. We must minimize changes. In particular, the technique for bonding the target to the support plate and machining the target to the final dimensions should avoid imposing high temperatures or additional work on the target material.
[0024]
Thus, in accordance with the further principles of the present invention, the target blank is explosively bonded to a copper, aluminum or any other suitable metal or alloy support plate. Suitable metals are those with good thermal conductivity, high strength and elasticity, whose thermal expansion coefficient is comparable to copper. Explosive coupling is used to place the surface of the target in close proximity to the surface of the support plate (ie, reduce the isolation space between them) and accelerate one or both of the surfaces in the direction of each other. This is accomplished by creating one or more managed detonations. The explosive bonding method is described in Paul S. Gilman et al., Fully described in co-pending US patent application Ser. No. 09 / 349,285 entitled “Method of Bonding a Splattering Target to a Baking Plate”, the entirety of which is incorporated herein by reference. Incorporate.
[0025]
This explosive coupling method creates strong atomic / metallurgical bonds in the form of wave-type morphology at the interface between the sputter target and the support plate, but the metallurgical properties of the sputter target or support plate material. No change occurs except for local deformation inherent in the wave-type coupling interface. The explosive bonding process takes place at a non-high temperature, and the heat generated from the process is generated for a period of time that is insufficient for heat to conduct to the support plate and target material; thus, in the target and support plate metal, There is no appreciable temperature rise that produces grain growth. Thus, the finely oriented particles achieved by processing the target blank are not altered by the explosive bonding process and a strong bond is achieved.
[0026]
【Example】
Example 1
The test relied on a square copper slab having a length of 3.81 cm and a thickness of 5.31 cm. Samples A to D represent comparative examples, and samples 1 to 8 represent examples of the invention. Samples AD and Samples 1-8 had a purity of about 99.99 percent, and Samples 9-11 had a purity of at least 99.999 percent.
[0027]
[Table 1]
Figure 0003971171
[0028]
Table 2 below illustrates the final effect that annealing temperature has on particle size.
[0029]
[Table 2]
Figure 0003971171
[0030]
The processes listed in Tables 1 and 2 provided an effective means for adjusting the grain size in 99.99 and 99.999 percent pure copper. In addition, this process produced copper with an equiaxed grain structure and each of (111), (200), (220) and (311) orientations being less than 50 percent. Comparative Samples A-D contained no more than 50 percent particles that were not hot pressed and oriented in the (220) direction.
[0031]
Example 2
The test also included a series of 99.9999 percent purity copper slabs. These copper slabs require more precise control due to the absence of impurities that pin the particles and prevent particle growth. This test relied on a round cross-section slab having a diameter of 15.56 cm and a thickness of 4.98 cm. All samples were annealed for 1 hour in a furnace heated to temperature.
[0032]
The experiments shown in Tables 3 and 4 below test the effect of annealing temperature on the process of the invention.
[0033]
[Table 3]
Figure 0003971171
[0034]
[Table 4]
Figure 0003971171
[0035]
[Table 5]
Figure 0003971171
[0036]
Table 5 illustrates that keeping the annealing temperature below about 425 ° C results in an optimal final particle size. In addition, the process operates in a single or multiple steps.
[0037]
Example 3
A 99.999 percent pure copper billet having a diameter of 12.70 cm and a height of 10.16 cm was heated to a temperature of 650 ° C. for about 1 hour under ambient conditions. The material was then hot pressed 60 percent without intermediate annealing under ambient conditions. The hot pressed material was then cooled in air, followed by cold rolling to reduce 60 percent. The target blank was then annealed under ambient conditions at a temperature of 350 ° C. for about 2 hours, flattened between two oppositely positioned plates and explosively bonded to an aluminum support plate. The sputter target / support plate assembly exhibited a sputter target having an average particle size of about 25 μm and an aspect ratio of 1.05, which was obtained during target processing and maintained during the explosion bonding process. The observed crystallographic structure showed equal ratios of (111), (200), (220) and (311) orientations.
[0038]
Although the invention has been illustrated by describing embodiments of the invention and described in considerable detail, it is intended that the claims be limited to such details or in any way limited do not do. Further advantages and modifications will be readily apparent to those skilled in the art. Accordingly, the invention in its broader aspects is not limited to the specific details, representative apparatus and methods, and specific examples shown and described. Accordingly, departures may be made from such details without departing from the scope or spirit of applicant's general inventive concept.

Claims (1)

下記:
純度少なくとも99.999パーセントを有する銅ビレットを加熱して温度600〜700℃にする工程;
温度600〜700℃を有する加熱された銅ビレットを熱間加工して50〜70パーセントの歪みにする工程;
熱間加工された銅ビレットを冷間圧延して50〜70パーセントの歪みを加えかつ銅板を形成する工程;及び
銅板を温度300〜375℃でアニールして、平均粒度が10〜30μmでありかつ(111)、(200)、(220)及び(311)配向を含有し、配向の各々を有する粒子の量は50パーセントよりも少ないターゲットブランクを形成する工程を含む銅スパッターターゲットの加工方法。
following:
Heating a copper billet having a purity of at least 99.999 percent to a temperature of 600-700 ° C;
Hot working a heated copper billet having a temperature of 600-700 ° C. to a strain of 50-70 percent;
Cold rolling a hot-worked copper billet to add 50-70 percent strain and forming a copper plate; and annealing the copper plate at a temperature of 300-375 ° C. to have an average grain size of 10-30 μm And a method of processing a copper sputter target comprising forming a target blank containing (111), (200), (220) and (311) orientations, wherein the amount of particles having each orientation is less than 50 percent.
JP2001368362A 2000-12-05 2001-12-03 Copper sputter target processing method Expired - Fee Related JP3971171B2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/730,349 US6478902B2 (en) 1999-07-08 2000-12-05 Fabrication and bonding of copper sputter targets
US09/730349 2000-12-05

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002220659A JP2002220659A (en) 2002-08-09
JP3971171B2 true JP3971171B2 (en) 2007-09-05

Family

ID=24934969

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001368362A Expired - Fee Related JP3971171B2 (en) 2000-12-05 2001-12-03 Copper sputter target processing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3971171B2 (en)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040072009A1 (en) * 1999-12-16 2004-04-15 Segal Vladimir M. Copper sputtering targets and methods of forming copper sputtering targets
CN101473059B (en) 2006-10-03 2013-03-20 Jx日矿日石金属株式会社 Cu-Mn alloy sputtering target and semiconductor wiring
JP5233486B2 (en) * 2008-08-01 2013-07-10 日立電線株式会社 Oxygen-free copper sputtering target material and method for producing oxygen-free copper sputtering target material
JP5233485B2 (en) * 2008-08-01 2013-07-10 日立電線株式会社 Oxygen-free copper sputtering target material and method for producing oxygen-free copper sputtering target material
JP4869398B2 (en) * 2009-12-22 2012-02-08 三菱伸銅株式会社 Pure copper plate manufacturing method and pure copper plate
CN102652182B (en) * 2009-12-22 2014-06-18 三菱伸铜株式会社 Manufacturing method of pure copper plates, and pure copper plate
JP4792115B2 (en) * 2010-02-09 2011-10-12 三菱伸銅株式会社 Pure copper plate manufacturing method and pure copper plate
JP4792116B2 (en) * 2010-02-09 2011-10-12 三菱伸銅株式会社 Pure copper plate manufacturing method and pure copper plate
JP4869415B2 (en) * 2010-02-09 2012-02-08 三菱伸銅株式会社 Pure copper plate manufacturing method and pure copper plate
CN102791905B (en) * 2010-03-11 2015-04-01 株式会社东芝 Sputtering target, method for producing same and method for producing semiconductor device
JP5520746B2 (en) * 2010-08-24 2014-06-11 古河電気工業株式会社 Copper material for sputtering target and method for producing the same
WO2012144407A1 (en) * 2011-04-18 2012-10-26 株式会社東芝 HIGH PURITY Ni SPUTTERING TARGET AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME
JP5793069B2 (en) * 2011-12-26 2015-10-14 株式会社Shカッパープロダクツ Manufacturing method of copper target material for sputtering
JP5567042B2 (en) * 2012-02-10 2014-08-06 株式会社Shカッパープロダクツ Copper sputtering target material for TFT
JP6096075B2 (en) * 2013-07-10 2017-03-15 株式会社Shカッパープロダクツ Sputtering copper target material and method for producing sputtering copper target material

Also Published As

Publication number Publication date
JP2002220659A (en) 2002-08-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6478902B2 (en) Fabrication and bonding of copper sputter targets
JP3971171B2 (en) Copper sputter target processing method
US5766380A (en) Method for fabricating randomly oriented aluminum alloy sputtering targets with fine grains and fine precipitates
JPH1180942A (en) Ta sputtering target, its production and assembled body
JPH04246170A (en) Aluminum target for magnetron spattering and method of its manufacture
KR20050085232A (en) High purity nickel/vanadium sputtering components; and methods of making sputtering components
WO2005094280A2 (en) High-strength backing plates, target assemblies, and methods of forming high-strength backing plates and target assemblies
JP4522675B2 (en) Ultrafine grain copper sputter target
US11035036B2 (en) Method of forming copper alloy sputtering targets with refined shape and microstructure
JP5325096B2 (en) Copper target
WO2015068625A1 (en) Sputtering target/backing plate assembly
JP2015061945A (en) Co-Cr-Pt-B BASE ALLOY SPUTTERING TARGET, AND MANUFACTURING METHOD THEREOF
CN111254398B (en) Platinum sputtering target with high oriented grain and preparation method thereof
JP2001049426A (en) Manufacture of copper sputtering target, and assembly of copper sputtering target and backing plate
JPH11269621A (en) Method for working high-purity titanium material
JPH11229130A (en) Sputtering target, and its manufacture
US6984272B2 (en) Process for producing titanium material for target, titanium material for target, and sputtering target using the same
JP4351910B2 (en) Textured metastable aluminum alloy sputtering target
EP2002027B1 (en) Ternary aluminum alloy films and targets
JP2002294438A (en) Copper alloy sputtering target
JPH07278804A (en) Pure ti target for formation of sputtering thin film
JPH09104972A (en) Titanium target for sputtering and its production
JP2002069626A (en) Sputtering target and its production method
JPH10265947A (en) High-purity ti target material for magnetron supporting with the deposited film showing highly uniform thickness

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20051117

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060919

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20061219

A602 Written permission of extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602

Effective date: 20061222

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070319

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20070529

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20070607

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 3971171

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100615

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110615

Year of fee payment: 4

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120615

Year of fee payment: 5

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120615

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130615

Year of fee payment: 6

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees